(57)【要約】【課題】エミッションを増加させることなく空燃比センサの異常を検出することができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関１０の排気通路２０に設けられた吸着触媒４０と、排気通路２０の吸着触媒４０の少なくとも下流側に設けられ、ヒータを内蔵する空燃比センサとしてのＯ2センサ６０Ａ，６０Ｂとを有し、内燃機関１０の始動前にヒータを作動させてＯ2センサ６０Ａ，６０Ｂを活性化させ、内燃機関１０の始動時の排気ガスに対するＯ2センサ６０Ａ，６０Ｂの検出信号に基づいて、Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂを検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた吸着触媒と、
前記排気通路の前記吸着触媒の少なくとも下流側に設けられ、ヒータを内蔵する空燃比センサと、
前記内燃機関の始動前に前記ヒータを作動させて前記空燃比センサを活性化させ、内燃機関の始動時の排気ガスに対する前記空燃比センサの検出信号に基づいて、前記空燃比センサの異常を検出する異常検出手段と
を有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気ガスを浄化するために、吸着浄化触媒を内蔵する排気浄化装置が内燃機関の排気通路に設けられる。排気ガスの浄化率を一定以上に保つためには、吸着浄化触媒の異常検出が必要である。このため、吸着浄化触媒の上流側と下流側に酸素センサや空燃比センサを設け、これらのセンサの検出信号を用いて異常診断することが行われている（たとえば、例えば、特許文献１〜３等参照）。
【０００３】
吸着浄化触媒の異常診断に酸素センサを用いた場合には、吸着浄化触媒の上流側および下流側でリッチ／リーン雰囲気を検出することにより、吸着浄化触媒の吸着・離脱性能や酸素吸蔵能を推定して吸着浄化触媒をモニターする。この場合に、酸素センサが正常に動作しているかも検出する必要がある。そのためには、たとえば、排気通路に空燃比がリッチなガスを一時的に流し、酸素センサからそれに応じた出力が得られるかを検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０１６９７４号公報
【特許文献２】特開２００５−２４０７２９号公報
【特許文献３】特開１９９９−１９０２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、排気通路に空燃比がリッチなリッチガスを流すと、炭化水素（ＨＣ）が外部に排出されてしまう。すなわち、酸素センサの異常を検出するには、空燃比をアクティブに制御する必要があるため、外部に排出されるエミッションが増加するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、エミッションを増加させることなく空燃比センサの異常を検出することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた吸着触媒と、前記排気通路の前記吸着触媒の少なくとも下流側に設けられ、ヒータを内蔵する空燃比センサと、前記内燃機関の始動前に前記ヒータを作動させて前記空燃比センサを活性化させ、内燃機関の始動時の排気ガスに対する前記空燃比センサの検出信号に基づいて、前記空燃比センサの異常を検出する異常検出手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、空燃比がリッチなガスが排出される内燃機関の始動開始時または直後における排気ガスの空燃比を空燃比センサで検出し、この検出信号を用いて空燃比センサの異常を検出するので、エミッションを抑制しつつ空燃比センサの異常検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明が適用される内燃機関の一例を示す構成図である。
【図２】内燃機関の排気通路に設けられた各センサの出力の一例を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係るセンサの異常検出処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用された内燃機関システムの一例を示す概略構成図である。
【００１２】
この内燃機関システムは、内燃機関１０と、内燃機関本体１０の排気系に接続された排気通路２０と、この排気通路２０に上流側から順に設けられた三元触媒３０および吸着触媒４０と、吸着触媒４０の上流側と下流側に設けられた空燃比センサとしてのＯ2センサ６０Ａ，６０Ｂと、三元触媒３０の上流側に設けられたＡ／Ｆセンサ７０と、車両のドアに設けられたドアカーテシスイッチ８０と、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１００とを含む。
【００１３】
内燃機関１０は、図示しない燃焼室の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室内でピストンを往復移動させることにより動力を発生する。また、車両用多気筒エンジン（例えば４気筒ガソリンエンジン）である。
【００１４】
三元触媒３０は、排気ガス中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ等の物質を還元・酸化によって浄化する周知の装置であり、ガソリンと酸素が完全燃焼し、酸素が余らない理論空燃比付近において効率良く還元・酸化が行われる。
【００１５】
吸着触媒４０は、三元触媒３０で浄化されずに通過したＨＣ等の物質を吸着し、これを酸化する機能を有している。
【００１６】
Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂは、吸着触媒４０の吸着および酸化性能を検出してその劣化判断をするために、吸着触媒４０の上流側と下流側における排気ガスの空燃比を検出し、検出信号をＥＣＵ１００へ出力する。Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂには、ヒータが内蔵されており、このヒータに通電することにより、Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂが加熱されて活性化し、空燃比を検出可能となる。
【００１７】
Ａ／Ｆセンサ７０は、内燃機関１０の空燃比制御等のために、排気ガスの空燃比を検出し、検出信号をＥＣＵ１００へ出力する。
【００１８】
ドアカーテシスイッチ８０は、車両のドアの開閉を検出し、検出信号をＥＣＵ１００へ出力する。
【００１９】
ＥＣＵ１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）等のバックアップ用メモリ、Ａ／Ｄ変換器やバッファ等を含む入力インターフェース回路、駆動回路等を含む出力インターフェース回路を含むハードウエアと所要のソフトウエアで構成される。このＥＣＵ１００は、内燃機関１０の各気筒に対して設けられた点火プラグ、燃料噴射弁、スロットルバルブ等を制御可能に構成され、これらを制御することにより点火時期、空燃比及び燃料噴射時期を制御する。さらに、ＥＣＵ１００は、上記したように、Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂからの信号に基づいて吸着触媒４０の劣化を判断する。この吸着触媒４０の劣化判断の際に、後述するように、Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂの異常検出処理を実行する。
【００２０】
図２は、内燃機関１０の始動時における、車速、エンジン回転数、Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂの出力およびＡ／Ｆセンサ７０の出力の一例を示すグラフである。図２に示すように、ＥＣＵ１００は、内燃機関１０の始動時に、内燃機関１０に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する。これにより、エンジン回転数が所定回転数を超える。このとき、Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂの出力およびＡ／Ｆセンサ７０からは、空燃比がリッチなことを示すリッチ信号が出力される。その後、ＥＣＵ１００は、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御する。これにより、リッチ一定の回転数が維持される。このとき、Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂの出力およびＡ／Ｆセンサ７０からは、空燃比がリーンなことを示すリーン信号が出力される。
【００２１】
本発明では、図２に示したような、内燃機関１０の始動時および始動直後の空燃比の変化を利用して、Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂの異常を検出する。
【００２２】
図３は、ＥＣＵ１００によるＯ2センサ６０Ａ，６０Ｂの異常検出処理の一例を示すフローチャートである。図３に示す処理ルーチンは、例えば、所定時間毎に実行される。また、ＥＣＵ１００は、内燃機関１０が駆動されていない状態においても、一部の機能はバッテリーにより作動している。
【００２３】
まず、ドアカーテシスイッチ８０からの信号に基づいて、車両のドアが開操作されたかを判断する（ステップＳ１）。車両のドアが開操作されていない場合には、処理を終了する。
【００２４】
車両のドアが開操作されたと判断した場合には、ＥＣＵ１００の機能の全てを起動する（ステップＳ２）。
【００２５】
次いで、エンジン冷却水温が所定温度Ｔａより低く、かつ、エンジン冷却水温と吸気温度との差が所定温度Ｔｂよりも小さいかを判断する（ステップＳ３）。この処理は、内燃機関１０が冷間状態か、あるいは、既に暖機状態にあるのかを判断するためである。なお、内燃機関１０が冷間状態にあるかを判断できれば、これら以外のパラメータを判断に用いることも可能である。
【００２６】
ステップＳ３において、既に、暖機状態にあると判断した場合には、内燃機関１０を始動させたのち（ステップＳ１６）、処理を終了する。ステップＳ３において、内燃機関１０が冷間状態にあると判断した場合には、前回のトリップ終了時の三元触媒３０の推定温度α及び吸着触媒４０の推定温度βと、前回のトリップ終了時から今回の始動時までに経過した時間に応じた経過時間係数Ｋとの積がそれぞれ所定温度Ｔｄ，Ｔｅよりも低いかを判断する（ステップＳ４）。すなわち、前回のトリップ終了時における三元触媒３０および吸着触媒４０の温度が今回の始動時までに十分に下がっているかを判断する。
【００２７】
ステップＳ４において、三元触媒３０および吸着触媒４０の温度が今回の始動時までに十分に下がっていないと判断した場合には、内燃機関１０を始動させたのち（ステップＳ１６）、処理を終了する。三元触媒３０および吸着触媒４０の温度が今回の始動時までに十分に下がっていると判断した場合には、前回のトリップ終了時の吸着触媒４０の推定温度βが所定温度Ｔｆよりも低いかを判断する（ステップＳ５）。すなわち、前回のトリップ終了時の吸着触媒４０の温度がＨＣを吸着浄化可能な状態まで上昇していたかを判断する。前回のトリップ終了時の吸着触媒４０の温度がＨＣを吸着浄化可能な状態まで上昇していなかった場合には、Ｏ2センサの異常判定を行わず、内燃機関１０を始動させたのち（ステップＳ１６）、処理を終了する。これにより、後述するＯ2センサの加熱処理（プレヒート）に要する電力を低減する。
【００２８】
ステップＳ５において、前回のトリップ終了時の吸着触媒４０の温度がＨＣを吸着浄化可能な状態まで上昇していないと判断した場合には、Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂのプレヒートを実行し（ステップ６）、その後、エンジンを始動する（ステップＳ７）。なお、Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂに加えてＡ／Ｆセンサ７０もプレヒートする。
【００２９】
次いで、Ａ／Ｆセンサ７０からの信号が所定値Ｖ１よりも小さいかを判断する（ステップＳ８）。すなわち、エンジン始動時に吸着触媒４０の下流側のＯ2センサ６０Ｂにより、リッチ信号を確実に検出できるＡ／Ｆセンサ７０からの信号に基づいて確認する。すなわち、Ａ／Ｆセンサ７０からの信号が所定値Ｖ１よりも小さいと、Ｏ2センサ６０Ｂがリッチ信号を確実に検出できると判断する。
【００３０】
ステップＳ８において、Ａ／Ｆセンサ７０からの信号が所定値Ｖ１よりも大きい場合には、Ｏ2センサ６０Ｂがリッチ信号を検出できないと判断して、処理を終了する。Ｏ2センサ６０Ｂがリッチ信号を確実に検出できると判断した場合には、Ｏ2センサ６０Ｂの出力が所定値Ｘ１よりも大きいかを判断する（ステップＳ９）。すなわち、Ｏ2センサ６０Ｂの出力がリッチレベルであるかを判断する。このとき、上流側のＯ2センサ６０Ａの出力がリッチレベルであるかを同時に判断してもよい。
【００３１】
ステップＳ９において、Ｏ2センサ６０Ｂの出力がリッチレベルに達していない場合には、Ｏ2センサ６０Ｂのリッチ出力異常と判断する（ステップＳ１５）。このとき、Ｏ2センサ６０Ｂの出力がリッチレベルに達し、Ｏ2センサ６０Ａの出力がリッチレベルに達していない場合には、Ｏ2センサ６０Ａのリッチ出力異常と判断する。また、いずれのＯ2センサ６０Ａ，６０Ｂの出力もリッチレベルに達していない場合には、異常判定を保留し、ステップＳ１０の処理を実行する。
【００３２】
ステップＳ９において、Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂの出力の両方がリッチレベルに達している場合には、内燃機関１０に供給される燃料が重質燃料であるかを判断する（ステップＳ１０）。揮発性の低い重質燃料と判断された場合には、処理を終了し、Ｏ2センサの異常判定を実行しない。燃料が、揮発性の低い重質燃料ではなく正常な燃料と判断された場合には、図２に示したように、エンジン始動後最初のアイドリング（Ｆ．Ｉ．）中に、Ａ／Ｆセンサ７０の出力に基づいて、目標空燃比をリーンである所定値Ｒに設定する（ステップＳ１１）。
【００３３】
次いで、エンジン始動後ファーストアイドリング中のＯ2センサ６０Ａ，６０Ｂの出力が所定値Ｘ２よりも低いかを判断する（ステップＳ１２）。すなわち、Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂの出力の両方がリッチレベルからリーンレベルに反転したかを判断する。
【００３４】
ステップＳ１２において、Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂの出力の両方がリッチレベルからリーンレベルに反転した場合には、Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂは正常に動作していると判定する（ステップＳ１３）。Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂの出力が反転しない場合には、Ｏ2センサ６０Ａ，６０Ｂのうち反転しないセンサのリーン出力異常と判定する（ステップＳ１４）。
【符号の説明】
【００３５】
１０…内燃機関
２０…排気通路
３０…三元触媒
４０…吸着触媒
６０Ａ，６０Ｂ…Ｏ2センサ
７０…Ａ／Ｆセンサ
８０…カーテシスイッチ
１００…ＥＣＵ
【図１】
2010190203.tif 000003
【図２】
2010190203.tif 000004
【図３】
2010190203.tif 000005